华南理工刘伟峰和广东工大邱学青 Macromolecules：兼具优异力学性能和动态循环加工性能的全酚型木质素基聚氨酯弹性体

2025-03-21 来源：高分子科技

聚氨酯弹性体（PUes）是由异氰酸酯和多元醇合成的一类嵌段共聚物，由于其具有良好的力学性能和分子结构可调节性而受到广泛关注。但在实际应用中，PUes难免会受损伤且使用寿命有限，若直接丢弃将会造成资源浪费和环境污染等问题。设计出一种兼具良好力学性能和动态性能（重加工性能和自愈合性能）的PUes是解决上述问题的关键。PUes良好的力学性能通常依赖于强共价交联，然而强共价交联却限制了材料的动态性能，因此制备兼具优异力学性能和动态性能的PUes存在巨大挑战。

近期，华南理工大学化学与化工学院刘伟峰和广东工业大学邱学青团队利用全酚羟基型木质素（CAL）（图1a），首次成功地通过一步无溶剂法制备了强韧、可重加工、可光热愈合的木质素基聚氨酯弹性体（LPUes）（图1b）。

图1

木质素基聚氨酯弹性体（LPUes）的制备过程中，低分子量的全酚型木质素（CAL）取代30 wt%石油基多元醇的同时也充当交联剂的作用，帮助LPUes构建了纳米微相分离结构和双重动态交联网络（酚型氨基甲酸酯共价交联网络和氢键交联网络），使材料的拉伸强度、断裂伸长率和韧性分别达到了44.6 MPa、714.6%和148.0 MJ/m3（图2a），展现出良好的力学性能。酚型氨基甲酸酯键网（PCBs）络赋予了LPUes优异的动态性能。经两次热压后LPUes拉伸强度和韧性保留率分别高达为98%和94.4%，经五次热压后其韧性保留率仍高达93.2%，展现出非常优异的重加工性能（图2b）。在近红外激光下照射30 min后LPUes拉伸强度和断裂伸长率的恢复率分别高达81.4%和88.4%，展现出良好且快速的光控自愈合性能（图2c）。

图2

这项研究有效地解决了木质素基聚氨酯弹性体力学性能和动态性能之间矛盾的问题，且充分揭示了LPUes中酚型氨基甲酸酯键的动态交换机理（图2d），为后续开发绿色且更多样化功能的LPUes提供了新的理论指导和研究思路。该工作以“Mechanically Robust, Reprocessable, and Light-Controlled Healable Solvent-Free Lignin-Containing Polyurethane Elastomers Based on Dynamic Phenol-Carbamate Network”为题发表在《Macromolecules》上。文章第一作者是华南理工大学硕士研究生彭锦。该研究得到国家自然科学基金（22038004, 22222805, 22078116, U23A6005, 22478133, 52303052）、广东省化学与精细化工实验室揭阳中心资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02258?ref

近年来，作者团队专注于木质素在高分子材料中的高值利用研究，在木质素改性橡胶、塑料、聚氨酯、胶黏剂、表面活性剂等体系，利用木质素本身的天然结构和功能优势，实现了对不同高分子体系的增强增韧高性能化及功能化，为木质素这一大宗工业生物质资源在高分子材料领域的高值利用探索新理论和新方法，相关成果获得了系列授权发明专利，欢迎交流合作，推动应用转化。

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（责任编辑：xu）

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